磁場が発生する理由

Question

直線状の電線を電流が流れると磁場が発生すると高校の物理で習いました。

直線状の電線を電流が流れると、なぜ磁場が発生するのでしょうか。

head1192 · Accepted Answer

数式的には７番の言うとおりなんだけど、だからと言ってミクロの現象を無視してよいということではない。
物理は数学と違い、数式でなく自然現象に根差しているからである。
数式は現象の一般化でなければならない。

電子はマイナスに荷電しているため、移動すれば「マイナス電荷の流れ」が生じる。
これが電流のもととなる。

もう一つ、電子には「電子スピン」という物理量がある。
磁場を作るのはこの電子スピンである。
スピンという如く天体の自転のようなものと解釈される。
そしてこれも天体のごとく、スピンに対してある極方向がNとなり反対側にSが生じる。
ふつう電子スピンの向きは、同じ原子の中でも「パウリの排他原理」によってバラバラで、一つの原子として見れば、互いのスピン量は打ち消し合う方向に働く。
なので例外を除き原子が磁性を帯びることはない。
また、結晶に対象を拡大しても同じことである。
しかし電流を作る電子は自由電子で原子からは比較的自由なので、排他原理の影響を受けにくい。
多数の自由電子がスピンの向きを揃えて移動することにより、NとSが足し合されて増幅され、磁界となる。

磁気に「モノポール」がないのも電子スピンに由来する力だからである。
また、鉄の結晶は磁界に対しどの原子も向きを揃え電子スピンの向きも同じになるという特徴がある。
だからあらゆる原子の中でほとんど例外的に磁化しやすい。

satoumasaru · Answer

＞直線状の電線を電流が流れると、なぜ磁場が発生するのでしょうか。

電流が流れれば磁場が発生するのですよ。
ですからコイル状になった電線に電気がながれれば、発生する磁場は合成されて、より強力になります。

なぜ電流が流れれば磁場が発生するのか、それは自然がそうなっているとしかいいようがありません、電磁場というのはそういうものなのです。

なぜ光速度は秒速30万㎞/秒なのか、
なぜ質量があれば引力が生じるのか
なぜエネルギーに最小単位があるのか

今の私達が住んでいる宇宙がそういうものと達観せざるを得ません。

fxq11011 · Answer

＞電流が流れると、なぜ磁場が発生するのでしょうか
これが本当の質問なんですね。
ひょっとすれば、金儲けには直接つながることはないでしょうが、あなたにとって生涯をかけて取り組む問題になりえる可能性も否定できません。

fxq11011 · Answer

＞なぜ磁場が発生するのか
これは物理学のさらに、奥？の問題ともいえます
直線の導体に電流を流せば電流の進む方向に対して右回りの地場が発生する、この事実を見つけたことが物理額では大発見なんです。
確か、磁場を作る磁力線？、の正体が性格につかめているのかも疑問なのかもしれません。
光なんかは一種の電磁波？、光子説もあるようですが。そんなレベルの話になります。

d9win · Answer

電流は電子の流れです。電子からは四方八方に(負の)電場が放射されてます。
一方、磁場は電場と不可分の関係があって、電場が移動すれば必ず磁場が発生します(その逆も起こります)。その時の磁場は、電場の方向と電場の発生源の移動方向の両方に垂直な方向を向いてます。そして、その磁場Hの大きさは電場Eの大きさと、移動速度vを光速cで除した値に比例します(つまり、H ∝ (v/c) E)。
この為、電流がある線路に存在すると、(その線路に垂直な面内で)線路をぐるりと取り囲む磁場が生じます。磁場の大きさは、電流(∝電子密度 x 電子の速度)に比例して、(電流が作る電場が線路からの半径に反比例しているので)線路からの半径に逆比例します。

最後まで煎じ詰めれば、”自然界がそうなっている”としか言い様がないのですが、世の中の複雑な現象をより少ない原理から諸般矛盾なく説明できることを見つけて行くのが物理だと思います。

ちなみに、光の電場と磁場は垂直で、それらの強度(エネルギー)は同じです。それは、上記の特性における移動速度vが光速cである場合の例と言えます。

puyo3155 · Answer

まるで地場の発生に、ミクロ的な意味とかしくみがあると回答している人がいますが、インチキ科学だから信じないでね。

物理に理由はないのは前述したとおりだけど、電磁気の振る舞いはすでに１５０年前にマクスウェルの方程式で記述されます。電磁気現象の基礎ですね。１５０年たって、古典論と言われてもなお、あらゆる現代生活をささえる理論の一つです。
 
 式のそれぞれは、意味があって、
 
 ・磁場が変化すると、電場が生じる。
 ・電場の変化または、電流によって、磁場が生じる。
 ・電場は、電荷によって発生する。
 ・磁束は保存される。磁力線に終わりも始まりもない。
 
が美しい方程式で書かれています。これによって、電磁波をはじめ、多くの電磁気現象が記述され、解明され、いまのところマクロな現象においては、相対性理論の要請も満たして問題ありません。
 
物理は、現象を科学的に証明しているわけではありません。磁場が変化すると電場が生じる、電流があると地場が生じる、それらには理由などない。自然はそうなっているとしか言いようがないのです。

そのように、自然の仕組みを、できるだけ簡単な原理によって記述しようとするのが物理学であり、それは、現時点でもっとも確からしい仮説であって、証明されるわけでも、機械仕掛けの動作原理があるわけでもない。不思議ですね。

isoworld · Answer

自然科学は経験科学なんですよ。なぜという根源的なことは解明されておらず、経験を積み重ねてルールを見出し、法則化しているだけけです。
電線に電流が流れると磁場が発生する物理現象は、英国王立研究所にいたマイケル・ファラデーが発見しました。静電気だってなぜ発生するのか根源的なところは分かりません。

abikon990-08321-3-29 · Answer

これを読めばだいたい何となくわかります↓

『素粒子と宇宙の疑問 知りたい肝心のところをとことん具体的に解説
ーこの世界は何からできているのか 宇宙はどのように始まり終わるのかー』
https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1

puyo3155 · Answer

物理に理由なんてない。自然がそうなっているから。その仕組みを単純な原理で説明してるだけ。
電流が流れれば、磁場が生じる。それが真理です。

fxq11011 · Answer

別に直線状である必要はありません、また導体である必要もありません、
電流が流れれば磁場が発生します。
空中放電（雷）でも地場が発生しラジオその他で雑音として再生されますね。
直線の導線で説明すれば電流が流れる位置も狭い範囲に特定され、当然発生する磁場の様子もそれに伴い特定の形？になるので理解しやすいだけなんです。
コイルでも同様に磁場が発生します、直線での磁場の発生状況のまま少しづつ曲げて円形にすれば、円形の内側の磁場の方向はすべて同じになります。
円形の狭い範囲にいくつもの磁場が重なりあう形になり、そこに鉄心を入れると強力な磁石が得られます。

磁場が発生する理由

数式的には７番の言うとおりなんだけど、だからと言ってミクロの現象を無視してよいということではない。

＞直線状の電線を電流が流れると、なぜ磁場が発生するのでしょうか。

＞電流が流れると、なぜ磁場が発生するのでしょうか

＞なぜ磁場が発生するのか

電流は電子の流れです。

まるで地場の発生に、ミクロ的な意味とかしくみがあると回答している人がいますが、インチキ科学だから信じないでね。

自然科学は経験科学なんですよ。

これを読めばだいたい何となくわかります↓

物理に理由なんてない。

別に直線状である必要はありません、また導体である必要もありません、

似たような質問が見つかりました

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

関連するカテゴリからQ&Aを探す

このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング

マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング